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DE102014016710A1 - Method and device for performing an optical inspection of a sample surface - Google Patents

Method and device for performing an optical inspection of a sample surface Download PDF

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DE102014016710A1
DE102014016710A1 DE102014016710.0A DE102014016710A DE102014016710A1 DE 102014016710 A1 DE102014016710 A1 DE 102014016710A1 DE 102014016710 A DE102014016710 A DE 102014016710A DE 102014016710 A1 DE102014016710 A1 DE 102014016710A1
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DE
Germany
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sample surface
angle
radiation
incidence
reflected
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102014016710.0A
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German (de)
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Cornelius Hahlweg
Lukas Pescoller
Florian Dannenberg
Jürgen Weiss
Wenjing Zhao
Denise Uebler
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Original Assignee
Individual
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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche, wobei zumindest ein Abschnitt der Probenoberfläche mit Strahlung unter einem Einstrahlwinkel beaufschlagt wird und reflektierte oder transmittierte Strahlung aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte oder transmittierte Strahlung zumindest teilweise aufgezeichnet und der Einstrahlwinkel im Verlauf der Inspektion variiert wird, wobei die Fokusebene der Aufzeichnung außerhalb der Probenoberfläche eingestellt wird. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens offenbart.Disclosed is a method for performing an optical inspection of a sample surface, wherein at least a portion of the sample surface is exposed to radiation at an angle of incidence and reflected or transmitted radiation is recorded, characterized in that the reflected or transmitted radiation at least partially recorded and the angle of incidence in the course the inspection is varied with the focal plane of the record being set outside the sample surface. Furthermore, an apparatus for carrying out the method is disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.The invention relates to a method for carrying out an optical inspection of a sample surface according to the preamble of patent claim 1, as well as a device according to the preamble of patent claim 5.

Optische, bildgebende Messtechnik-Verfahren von flächig ausgedehnten Objekten zielen auf eine Charakterisierung von Oberflächen ab. Insbesondere wird dabei die Änderung der lokalen Reflektivität und/oder der Höhenausdehnung der jeweiligen Oberfläche ausgenutzt, um beispielsweise Qualitätskontrollen durchzuführen. Typische Beispiele sind rauhe Oberflächen, Druckplatten, Oberflächen mit Bearbeitungsspuren, aber auch Oberflächen mit transparenten Beschichtungen, insbesondere laminierte Druckerzeugnisse.Optical, imaging measurement techniques of surface extended objects aim at a characterization of surfaces. In particular, the change in the local reflectivity and / or the height extent of the respective surface is utilized in order to carry out quality controls, for example. Typical examples are rough surfaces, printing plates, surfaces with traces of processing, but also surfaces with transparent coatings, in particular laminated printed products.

Neben Verfahren, bei denen die Oberfläche direkt – z. B. auf eine elektronische Kamera – abgebildet wird, wobei das Ergebnis dann mittels Verfahren der digitalen Bildverarbeitung ausgewertet wird, haben sich auch sogenannte Streulichtmessverfahren etabliert. Dabei wird das Streubild bzw. wird die Fernfeldverteilung der zu untersuchenden Oberfläche über der Hemisphäre bzw. Teilen derselben erfasst. Dies geschieht i. a. rein leistungsmäßig, entweder mittels Goniometeranordnungen, oder mit abbildenden Anordnungen. Die Fernfeldverteilung ist prinzipiell über eine Fouriertransformation mit der Reflexionsfunktion der Oberfläche verknüpft. Ein Rückschluss auf die Oberfläche selbst ist zwar nicht möglich, da die Streuverteilung nur leistungsmäßig aufgenommen wird und daher die Phaseninformation verlorengeht, wohl aber kann ein Rückschluss auf die Autokorrelationsfunktion der Reflexionsfunktion der Oberfläche erfolgen. Da letztere i. a. komplexer Natur ist und in wesentlichen Teilen zu einer Phasenmodulation mit entsprechenden Oberspektren führt, ist die Eindeutigkeit nach Betragsquadratbildung (Leistungsmessung) umso weniger gegeben.In addition to methods in which the surface directly -. B. on an electronic camera - is displayed, the result is then evaluated by means of digital image processing, so-called scattered light measurement methods have established. In this case, the scattering pattern or the far field distribution of the surface to be examined over the hemisphere or parts thereof is detected. This happens i. a. purely in terms of performance, either by means of goniometer arrangements or with imaging arrangements. The far field distribution is in principle linked via a Fourier transformation with the reflection function of the surface. A conclusion on the surface itself is not possible, since the scattering distribution is absorbed only in terms of power and therefore the phase information is lost, but a conclusion can be drawn on the autocorrelation function of the reflection function of the surface. Since the latter i. a. is complex in nature and leads to a substantial phase modulation with corresponding upper spectra, the uniqueness of square magnitude formation (power measurement) is the less given.

Derartige Streubilder enthalten vor allem Informationen über Vorzugsrichtungen und Periodizitäten der untersuchten Oberfläche. Weiter werden sie für sogenannte Appearance-Messungen genutzt, weiter werden sie z. B. für Oberflächenmodellierungen in virtualreality-Systemen genutzt. Im Sinne einer Qualitätskontrolle sind sie z. B. nutzbar, wenn aus ihnen gewonnene Parameter, wie die Momente höherer Ordnung, als Features für Klassifikationsverfahren, z. B. basierend auf einer Diskriminanzanalyse, genutzt werden.Such scatter images mainly contain information about preferred directions and periodicities of the surface being examined. Next they are used for so-called Appearance measurements, they continue z. B. used for surface modeling in virtualreality systems. In terms of quality control they are z. B. useful if derived from them parameters, such as the higher-order moments, as features for classification method, z. Based on a discriminant analysis.

Auf Grund der Eigenschaften der Fouriertransformation können dem Streubild Informationen über örtlich hochfrequente Anteile der Oberflächenfunktion gut entnommen werden, während dem eigentlichen Bild der Oberfläche eher die tieffrequenten Anteile entnommen werden können. Eine Überführung der beiden ineinander ist wegen der jeweils fehlenden Phaseninformation nicht möglich. Die DE 10 2013 007 932.2 zeigt beispielsweise eine Streulichtmessvorrichtung, mit dem sowohl das mikroskopische Bild der Oberfläche, als auch ihr Streubild aufgenommen werden kann, um aus beiden Bereichen sich ergänzende Informationen gewinnen zu können. Es zeigt sich jedoch, dass zwischen Original- und Streubild weitere Zustände liegen, die für die Untersuchung bestimmter Oberflächeneigenschaften wichtig sein können.Due to the properties of the Fourier transformation, information about locally high-frequency components of the surface function can be well taken from the scattering image, while the low-frequency components can rather be taken from the actual image of the surface. A transfer of the two into each other is not possible because of the missing phase information. The DE 10 2013 007 932.2 shows, for example, a scattered light measuring device, with both the microscopic image of the surface, and their scattering pattern can be recorded in order to gain information from both areas complementary can. It turns out, however, that there are other states between the original image and the scatter image that may be important for the investigation of certain surface properties.

Es sind weiter Abbildungsverfahren bekannt, bei denen nicht das Objekt selbst, sondern sein Schatten abgebildet wird, um bestimmte Effekte, wie z. B. das Ausblenden von starker Eigenemission des Objektes und die Sichtbarmachung von Schlieren im umgebenden Medium zu erzielen. Der Schatten kann dabei auf einem Zwischenschirm aufgefangen werden, aber auch direkt, als Luftbild, mittels eines abbildenden Systems aufgenommen werden.There are also known imaging methods in which not the object itself, but its shadow is displayed to certain effects, such. B. to hide high self emission of the object and the visualization of streaks in the surrounding medium. The shadow can be caught on an intermediate screen, but can also be recorded directly, as an aerial image, by means of an imaging system.

Es entsteht insbesondere im vom Objekt entfernten Bereich bei paralleler Beleuchtung im Durchlicht ein geometrischer Schatten. Dieser Bereich des geometrischen Schattens kann nicht unbedingt exakt eingegrenzt werden, er zeichnet sich letztlich dadurch aus, dass das Beugungsbild der Kanten des Objektes die räumliche Ausdehnung des Objektes nicht überschreitet.In particular, in the area remote from the object, a geometric shadow is produced in parallel illumination in transmitted light. This area of the geometric shadow can not necessarily be delimited exactly, it is ultimately distinguished by the fact that the diffraction pattern of the edges of the object does not exceed the spatial extent of the object.

Aus Sicht des Fernfeldes handelt es sich um eine auf einer bestimmten Ebene existierende Feldbelegung, welche von der beleuchteten Objektebene erzeugt wird und letztlich – im Sinne des Huygenschen Prinzips – selbst die Fernfeldverteilung erzeugt. Gegenüber der Feldbelegung der ursprünglichen beugenden Apertur zeichnet sie sich durch zusätzliche Phasenterme aus, welche vom Abstand von der Originalapertur abhängen; sie ergibt sich rechnerisch durch Auswertung des Beugungsintegrals für das Nahfeld mit nicht vereinfachten Green'schen Funktionen, d. h. ohne Anwendung der Fernfeldnäherung. Man könnte sie auch als Ergebnis einer unvollständigen Fouriertransformation bezeichnen, wenn man den Übergang von der Originalapertur zur Fernfeldverteilung als Fouriertransformation auffasst.From the far field perspective, it is a field occupancy existing at a certain level, which is generated by the illuminated object plane and ultimately - in the sense of Huygen's principle - itself generates the far field distribution. Compared to the field assignment of the original diffractive aperture, it is characterized by additional phase terms, which depend on the distance from the original aperture; it results arithmetically by evaluating the diffraction integral for the near field with non-simplified Green's functions, i. H. without application of far field approximation. One could also call it the result of an incomplete Fourier transformation, if one considers the transition from the original aperture to the far field distribution as a Fourier transformation.

Auf Grund der zusätzlichen Phasenterme und der noch stark abstandsabhängigen Überlagerung der Green'schen Funktionen bzw. Elementarwellen benachbarter Objektpunkte werden im Schatten Phasen- bzw. Laufzeitunterschiede, wie sie durch Dichte- und/oder Brechzahländerung des umgebenden Mediums entstehen, besonders leicht sichtbar.Due to the additional phase terms and the still strongly distance-dependent superimposition of the Green's functions or elementary waves of neighboring object points, phase or transit time differences, as they arise due to density and / or refractive index change of the surrounding medium, are particularly easily visible in the shadow.

Diese Messmethode ist jedoch auf Durchlicht Untersuchungen beschränkt. Untersuchungen von Oberflächen von undurchsichtigen Objekten sind somit nicht möglich. Insbesondere Oberflächen mit transparenten Schichten, wie sie durch Lacke und auflaminierte Schichten entstehen, aber auch transparente Verunreinigungen auf Oberflächen, wie z. B. Öle und Fette u. dgl., sowie Leiterplatten bzw. gedruckte Schaltungen können somit in der geschilderten Art und Weise nicht analysiert werden.However, this measurement method is limited to transmitted light examinations. investigations Surfaces of opaque objects are therefore not possible. In particular, surfaces with transparent layers, such as those caused by lacquers and laminated layers, but also transparent impurities on surfaces such. B. oils and fats u. Like., And printed circuit boards or printed circuits can thus not be analyzed in the manner described.

Eine bekannte Vorrichtung 1 zur optischen bildgebenden Messtechnik in einer x-z-Ebene ist beispielsweise in 1 skizziert. Dabei wird eine optische Aufnahmevorrichtung 2, beispielsweise eine Kamera, unter einem Aufnahmewinkel β auf eine flächig ausgedehnte Probenoberfläche 4 gerichtet. Die Probenoberfläche 4 hat dabei beispielsweise Unebenheiten oder Fehlstellen 6, die eine Höhenänderung oder eine Änderung der Reflektivität der Probenoberfläche 4 unter anderem verursachen können. Mit Hilfe der Kamera 2 kann somit die Probenoberfläche 4 charakterisiert werden. Die Probenoberfläche 4 kann dabei beispielsweise eine Druckplatte, eine Oberflächen mit Bearbeitungsspuren, aber auch eine Oberfläche mit transparenten Beschichtungen, beispielsweise eine laminierte Oberfläche sein.A known device 1 for optical imaging measurement in an xz plane is, for example, in 1 outlined. This is an optical recording device 2 , For example, a camera, at a receiving angle β on a flat surface extended sample surface 4 directed. The sample surface 4 has, for example, bumps or flaws 6 indicating a change in height or a change in the reflectivity of the sample surface 4 among other things. With the help of the camera 2 can thus the sample surface 4 be characterized. The sample surface 4 may be, for example, a printing plate, a surface with processing marks, but also a surface with transparent coatings, such as a laminated surface.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur großflächigen Inspektion von Oberflächen, insbesondere zur Sichtbarmachung von Abweichungen von Soll-Oberflächen zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigt. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zu schaffen.The object of the invention is to provide a method for the large-area inspection of surfaces, in particular for the visualization of deviations from target surfaces, which eliminates the aforementioned disadvantages. It is another object of the invention to provide a device for carrying out the method.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1, and by a device having the features of patent claim 5.

Bei einem Verfahren zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche wird zumindest ein Abschnitt der Probenoberfläche mit Strahlung unter einem Einstrahlwinkel beaufschlagt. Dabei wird eine reflektierte oder transmittierte Strahlung aufgezeichnet. Erfindungsgemäß wird die reflektierte oder transmittierte Strahlung zumindest teilweise aufgezeichnet und der Einstrahlwinkel im Verlauf der Inspektion variiert. Dabei wird die Fokusebene der Aufzeichnung außerhalb der Probenoberfläche 4 eingestellt.In a method for performing an optical inspection of a sample surface, at least a portion of the sample surface is exposed to radiation at an angle of incidence. In this case, a reflected or transmitted radiation is recorded. According to the invention, the reflected or transmitted radiation is at least partially recorded and the angle of incidence varies during the course of the inspection. The focal plane of the recording is outside the sample surface 4 set.

Das Verfahren kann sowohl im Durchlicht-, als auch im Auflichtmodus betrieben werden. Insbesondere wird hierbei die reflektierte Strahlung untersucht. Hierbei wird ein Bereich der reflektierten Strahlung untersucht, der von der Probenoberfläche beabstandet ist, jedoch noch nicht im Fernfeld-Bereich sich befindet. Optimalerweise sollte der zu untersuchende Bereich, in Form einer Fokusebene, eine möglichst geringe Schärfentiefe aufweisen. Durch die Veränderung des Einstrahlwinkels wird die Struktur der Probenoberfläche aus unterschiedlichen Winkeln bestrahlt. Dabei entstehen an beispielsweise Abweichungen von der regulären Probenoberfläche in Form von Kratzern oder Verschmutzungen ebenfalls Schatten. Unter unterschiedlichen Einstrahlwinkeln ändern auch die Schatten von Abweichungen von der Soll-Probenoberfläche ihre Form. Basierend auf dieser Gesetzmäßigkeit lässt sich die Probenoberfläche beispielsweise auf Fehler untersuchen. Der Einstrahlwinkel lässt sich beispielsweise durch eine bewegbare Strahlungsquelle variieren. Eine weitere Möglichkeit den Einstrahlwinkel zu verändern ist durch mehrere Strahlungsquellen gegeben, die nacheinander angesteuert werden können.The method can be operated both in transmitted light and in reflected light mode. In particular, the reflected radiation is examined here. Here, a portion of the reflected radiation is observed which is spaced from the sample surface but not yet in the far-field region. Optimally, the area to be examined, in the form of a focal plane, should have the lowest possible depth of field. By changing the angle of incidence, the structure of the sample surface is irradiated from different angles. For example, deviations from the regular sample surface in the form of scratches or dirt also create shadows. At different angles of incidence, the shadows of deviations from the target sample surface also change their shape. Based on this law, for example, the sample surface can be inspected for defects. The angle of incidence can be varied for example by a movable radiation source. Another way to change the angle of incidence is given by multiple radiation sources, which can be controlled sequentially.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Probenoberfläche mit konvergenter oder divergenter oder paralleler Strahlung beaufschlagt. Hierdurch können unterschiedliche Eigenschaften der Probenoberfläche sichtbar gemacht werden, da sich die Einstrahlwinkel je nach Strahlenart ebenfalls ändern.According to one embodiment of the method, the sample surface is exposed to convergent or divergent or parallel radiation. As a result, different properties of the sample surface can be made visible, since the angles of incidence also change depending on the type of radiation.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die reflektierte oder transmittierte Strahlung mit geringer Schärfentiefe aufgezeichnet. Je nach Entfernung der Fokusebene von der Probenoberfläche können unterschiedliche Informationen der Probenoberfläche gemessen werden. Bei einer hohen Schärfentiefe werden viele unterschiedliche Informationen gleichzeitig aufgezeichnet, sodass nur eine möglichst geringe Schärfentiefe ein extrahieren der gewünschten Untersuchungsbereiche ermöglicht.In a further embodiment of the method, the reflected or transmitted radiation is recorded at a shallow depth of field. Depending on the distance of the focal plane from the sample surface, different information of the sample surface can be measured. With a high depth of field, many different pieces of information are recorded simultaneously, so that only the lowest possible depth of field allows extracting the desired examination areas.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird die Probenoberfläche nicht aufgezeichnet. Hierdurch erfolgt insbesondere die Aufzeichnung von solchen Informationen, die den Auflichtschatten verursachen. Es treten somit die Fehler und/oder Unregelmäßigkeiten auf der Probenoberfläche in den aufgezeichneten Daten in den Vordergrund.According to another embodiment of the method, the sample surface is not recorded. In particular, this results in the recording of such information that causes the incident light shadow. Thus, the errors and / or irregularities on the sample surface in the recorded data come to the fore.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die reflektierte oder transmittierte Strahlung mit variabler Fokusebene aufgezeichnet. Durch die Variation der Fokusebene der Aufnahmevorrichtung können unterschiedliche Bereiche der Probenoberfläche analysiert werden.According to a further embodiment, the reflected or transmitted radiation is recorded with a variable focal plane. By varying the focal plane of the recording device, different regions of the sample surface can be analyzed.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Durchführung einer flächigen optischen Inspektion einer Probenoberfläche weist zumindest einer Strahlungsquelle zum Bestrahlen einer Probe unter einem Winkel und eine Aufnahmevorrichtung zum Aufnehmen einer reflektierten oder transmittierten Strahlung auf. Erfindungsgemäß ist die reflektierte oder transmittierte Strahlung zumindest bereichsweise aufzeichenbar und der Winkel während der Inspektion variierbar. Dabei weist erfindungsgemäß eine Aufnahmevorrichtung eine Fokusebene auf, die außerhalb der Probenoberfläche liegt auf. Hierbei wird insbesondere der reflektierte oder transmittierte Schatten betrachtet, der sich im Bereich zwischen der Probenoberfläche und dem Fernfeld befinden kann. Daher wird auf diesen Bereich die Fokusebene der Aufnahmevorrichtung gelegt, um die aus dem Auflicht- oder Durchlichtschatten notwendigen Informationen erlangen zu können.An apparatus for carrying out the method for carrying out a planar optical inspection of a sample surface has at least one radiation source for irradiating a sample at an angle and a recording device for receiving a reflected or transmitted radiation. According to the invention, the reflected or transmitted radiation is at least can be recorded area by area and the angle can be varied during the inspection. In this case, according to the invention, a receiving device has a focal plane which lies outside the sample surface. Here, in particular, the reflected or transmitted shadow is considered, which may be located in the area between the sample surface and the far field. Therefore, the focal plane of the recording device is placed on this area in order to obtain the information necessary for the incident or transmitted light shadow.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird der Einstrahlwinkel über zumindest eine örtlich bewegbare Strahlungsquelle variiert. Um mögliche Verschmutzungen oder Defekte in der Probenoberfläche sichtbar zu machen, kann der Einstrahlwinkel variiert werden. Die Fehlstellen der Probenoberfläche verursachen einen Schatten, der seine Form bei unterschiedlichen Einfallswinkeln ändert. Vorzugsweise wird der Einstrahlwinkel mit Hilfe einer beweglichen Strahlungsquelle variiert, die entlang einer geraden Bahn verfahrbar ist.According to one embodiment of the device, the angle of incidence is varied over at least one locally movable radiation source. In order to visualize possible contamination or defects in the sample surface, the angle of incidence can be varied. The defects of the sample surface cause a shadow that changes shape at different angles of incidence. Preferably, the angle of incidence is varied by means of a mobile radiation source which is movable along a straight path.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird der Einstrahlwinkel über mehrere örtlich versetzte Strahlungsquellen variiert. Eine Variation des Einstrahlwinkels ist auch möglich, indem unterschiedliche, örtlich versetzt angeordnete Strahlungsquellen nacheinander angesteuert werden. Hierbei wird die Anzahl der beweglichen Teile reduziert.In a further embodiment of the device, the angle of incidence is varied over a plurality of locally offset radiation sources. A variation of the angle of incidence is also possible by different, spatially offset radiation sources are controlled sequentially. This reduces the number of moving parts.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung weist die Aufnahmevorrichtung eine variierbare Fokusebene. Hierdurch können Informationen von bestimmten Bereichen der Probenoberfläche extrahieren und insbesondere bei einer geringen Schärfentiefe separat betrachten.According to a further embodiment of the device, the receiving device has a variable focal plane. This allows information from certain areas of the sample surface to be extracted and viewed separately, especially at a shallow depth of field.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung leitet die Aufnahmevorrichtung die aufgezeichneten Daten an eine Auswertevorrichtung. Hierdurch können die aufgezeichneten Daten zur Analyse der Oberfläche ausgewertet werden und somit Rückschlüsse über beispielsweise die Qualität einer gedruckten Schaltung ziehen.In a further embodiment of the device, the recording device forwards the recorded data to an evaluation device. This allows the recorded data to be analyzed to analyze the surface and thus draw conclusions about, for example, the quality of a printed circuit.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, preferred embodiments of the invention are explained in more detail with reference to greatly simplified schematic illustrations. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung bzw. eines bekannten Verfahrens, 1 a schematic representation of a known device or a known method,

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 a schematic representation of the device according to the invention according to a first embodiment,

3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 3 a schematic representation of the device according to the invention according to a second embodiment,

4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 4 a schematic representation of the device according to the invention according to a third embodiment,

5 eine Detailansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, und 5 a detailed view of the device according to the invention according to the third embodiment, and

6 und 7 Detailansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem vierten und fünften Ausführungsbeispiel. 6 and 7 Detailed views of the device according to the invention according to a fourth and fifth embodiment.

In 2 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 8 zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche 4 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Dazu wird der zu untersuchende Abschnitt 10 der Probenoberfläche 4 bevorzugterweise mit einem parallelen, zumindest jedoch mit einem homozentrischen Strahlenbündel 12 unter einem definierten Einstrahlwinkel α beleuchtet. Der Strahlenbündel 12 wird von einer Strahlenquelle 14 erzeugt, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein monochromatischer Laser ist. Zusätzlich kann das Strahlbündel 12 vor dem Auftreffen auf die Probenoberfläche 4 aufgearbeitet werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Strahlbündel 12 durch eine Kolimatorlinse 16 geleitet. Eine resultierende Nahfeldverteilung bzw. ein Auflichtschatten 18 entsteht unter dem Winkel der direkten Reflexionsrichtung –α. Im einfachsten Falle kann der Auflichtschatten 18 in einem Abstand 19 von der Probenoberfläche 4 mittels eines Zwischenschirmes, der das Nahfeld- oder Schattenbild 18 auffängt aufgezeichnet werden, welches dann mittels einer Aufnahmevorrichtung 2 abgebildet wird.In 2 is a schematic representation of a device according to the invention 8th for performing an optical inspection of a sample surface 4 according to a first embodiment. This is the section to be examined 10 the sample surface 4 preferably with a parallel, but at least with a homocentric beam 12 illuminated at a defined angle of incidence α. The beam 12 is from a radiation source 14 generated, which is a monochromatic laser according to this embodiment. In addition, the beam 12 before hitting the sample surface 4 be worked up. In this embodiment, the beam becomes 12 through a collimator lens 16 directed. A resulting near field distribution or an incident light shadow 18 arises at the angle of the direct reflection direction -α. In the simplest case, the incident light shadow 18 at a distance 19 from the sample surface 4 by means of an intermediate screen, the near field or shadow image 18 be recorded, which then by means of a recording device 2 is shown.

Die Aufnahmevorrichtung 2 besteht hierbei aus einem optischen System 20, beispielsweise einem 4f-System und einem CCD-Sensor 22 einer Kamera. Vorteilhaft ist die Verwendung des 4f-Systems 20 auf Grund seiner Telezentrizität. Sie erlaubt es, den Abstand 19 des Auflichtschattens 18 zu variieren, ohne dabei den Abbildungsmaßstab für den Auflichtschattens 18 als solchen zu verändern. Hierdurch können unterschiedliche Informationen über die Probenoberfläche 4 gewonnen werden, bei gleichzeitig konstantem Abbildungsmaßstab.The cradle 2 consists of an optical system 20 For example, a 4f system and a CCD sensor 22 a camera. Advantageous is the use of the 4f system 20 because of its telecentricity. It allows the distance 19 of the incident light shadow 18 to vary without losing the magnification of the incident light shade 18 to change as such. This allows different information about the sample surface 4 be obtained, while maintaining a constant magnification.

Weiter ist es bei entsprechender Dimensionierung möglich, das Nahfeld direkt auf einem Kamerasensor 22 aufzufangen. Grundsätzlich kann der Auflichtschatten 18 auch als defokussiertes Bild der Probenoberfläche 4 aufgefasst werden.Furthermore, it is possible with appropriate dimensioning, the near field directly on a camera sensor 22 catch. Basically, the incident light shade 18 also as a defocused image of the sample surface 4 be understood.

In 3 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 8 zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.In 3 is a schematic representation of a device according to the invention 8th to Performing an optical inspection of a sample surface 4 according to a second embodiment.

Insbesondere unterscheidet sich das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel in der Aufbereitung der Reflektierten Strahlung. Hierbei erfolgt die Abbildung des Auflichtschattens 18 über ein Einlinsen-System 24. Der Abbildungsmaßstab bleibt bei einer Veränderung des Abstandes 19 jedoch dann nicht konstant. Diese Vorrichtung 8 lässt sich besonders einfach technisch realisieren.In particular, the second embodiment differs from the first embodiment in the processing of the reflected radiation. Here, the image of the incident shadow takes place 18 via a single lens system 24 , The magnification remains with a change in the distance 19 but then not constant. This device 8th is particularly easy to realize technically.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 8 zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche 4 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. 4 shows a schematic representation of a device according to the invention 8th for performing an optical inspection of a sample surface 4 according to a third embodiment.

Insbesondere unterscheidet sich das dritte Ausführungsbeispiel von den bisher vorgestellten durch eine Variation des Einfallswinkels α um einen kleinen Betrag γ. Hierdurch entsteht eine Verschiebung des Schattenbildes 18 und damit ein örtlicher Scan entlang der Höhenausdehnung γ der Probenoberfläche 4. Die Verschiebung kann entweder mittels mehrerer örtlich versetzter Strahlungsquellen 14, indem diese beispielsweise sequentiell durchgeschaltet werden oder durch eine bewegliche Strahlungsquelle 14 erzeugt werden. Durch die Variation des Einstrahlwinkels α erfolgt eine Verschiebung des Auflichtschattens 18 auf der x-y-Ebene, die von der Aufnahmevorrichtung 2 aufgezeichnet werden kann.In particular, the third embodiment differs from the previously presented by a variation of the angle of incidence α by a small amount γ. This creates a shift of the shadow image 18 and thus a local scan along the height extension γ of the sample surface 4 , The displacement can be either by means of several spatially offset radiation sources 14 by being switched through, for example, sequentially or by a mobile radiation source 14 be generated. The variation of the angle of incidence α results in a shift of the incident-light shadow 18 on the xy plane, by the cradle 2 can be recorded.

5 verdeutlicht in einer Detailansicht der Probenoberfläche 4 die Änderung des Einstrahlwinkels α der Vorrichtung 8 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Dadurch, dass die Strahlungsquelle 14 örtlich versetzt wird, ändert sich der Einstrahlwinkel um den Winkelbetrag γ. Somit verändert sich der Winkel –α, –α – γ der reflektierten Strahlung 26. Als Folge dieses Effekts verändert der Auflichtschatten 18 seine Form und/oder seine Position bei einer Änderung des Einstrahlwinkels α. Da der Auflichtschatten 18 beispielsweise von Unebenheiten oder fehlerhaften Flächenbereichen 6 verursacht wird, können diese 6 durch eine Variation des Einstrahlwinkels α besonders einfach detektiert werden. 5 clarified in a detail view of the sample surface 4 the change of the angle of incidence α of the device 8th according to the third embodiment. Because of the radiation source 14 is offset locally, the angle of incidence changes by the angular amount γ. Thus, the angle -α, -α-γ of the reflected radiation changes 26 , As a result of this effect, the incident light shade changes 18 its shape and / or its position with a change in the angle of incidence α. Because the incident light shadow 18 For example, unevenness or faulty surface areas 6 caused, these can 6 be detected by a variation of the angle of incidence α particularly simple.

In den 6 und 7 sind Detailansichten von Probenoberflächen 6 dargestellt, die mit einer konvergierenden Strahlung 12 (6) bzw. mit einer divergierenden Strahlung 12 (7) beaufschlagt werden gemäß einem vierten und fünften Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 8 zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche 4. Insbesondere kann durch die Abweichung der einfallenden Strahlung 12 von der parallelen Form eine Veränderung des Maßstabes des Auflichtschattens 18 gegenüber der ursprünglichen Probenoberfläche 4 über die Veränderung eines Divergenzwinkels μ der Strahlenquelle 14 hervorgerufen werden. Hierdurch kann beispielsweise auch die Maßstabsänderung bei beispielsweise einlinsigen Abbildungssystemen bei einer Änderung deren Abstandes von der Probenoberfläche 4 kompensiert werden.In the 6 and 7 are detail views of sample surfaces 6 shown with a converging radiation 12 ( 6 ) or with a divergent radiation 12 ( 7 ) are acted upon according to a fourth and fifth embodiment of the device 8th for performing an optical inspection of a sample surface 4 , In particular, by the deviation of the incident radiation 12 from the parallel shape, a change in the scale of the incident shadow 18 opposite the original sample surface 4 about the change of a divergence angle μ of the radiation source 14 be caused. As a result, for example, the scale change in, for example, single-lens imaging systems in a change in the distance from the sample surface 4 be compensated.

Bei den hier geschilderten Ausführungsbeispielen wird davon ausgegangen, dass eine Fokusebene der Aufnahmevorrichtung 2 im Bereich des Auflichtschattens 18 liegt.In the embodiments described here, it is assumed that a focal plane of the recording device 2 in the area of the light shadow 18 lies.

Offenbart ist ein Verfahren zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche, wobei zumindest ein Abschnitt der Probenoberfläche mit Strahlung unter einem Einstrahlwinkel beaufschlagt wird und reflektierte oder transmittierte Strahlung aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte oder transmittierte Strahlung zumindest teilweise aufgezeichnet und der Einstrahlwinkel im Verlauf der Inspektion variiert wird, wobei die Fokusebene der Aufzeichnung außerhalb der Probenoberfläche eingestellt wird. Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens offenbart.Disclosed is a method for performing an optical inspection of a sample surface, wherein at least a portion of the sample surface is exposed to radiation at an angle of incidence and reflected or transmitted radiation is recorded, characterized in that the reflected or transmitted radiation at least partially recorded and the angle of incidence in the course the inspection is varied with the focal plane of the record being set outside the sample surface. Furthermore, an apparatus for carrying out the method is disclosed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtung gemäß dem Stand der TechnikDevice according to the prior art
22
Aufnahmevorrichtungcradle
44
Probenoberflächesample surface
66
Fehlstellen/UnebenheitenDefects / irregularities
88th
Vorrichtung erfindungsgemäßDevice according to the invention
1010
Abschnitt der ProbenoberflächeSection of the sample surface
1212
Strahlenbündel/StrahlungRadiation beam / radiation
1414
Strahlenquelleradiation source
1616
Kolimatorlinsecollimator lens
1818
AuflichtschattenAuflichtschatten
1919
Abstand des AuflichtschattensDistance of the reflected light shadow
2020
optisches Systemoptical system
2222
CCD-Sensor/KameraCCD sensor / camera
2424
Einlinsen-SystemSingle lens system
2626
reflektierte Strahlungreflected radiation
αα
Einstrahlwinkelangle of incidence
–α
Reflektionswinkelangle of reflection
ββ
Aufnahmewinkelacceptance angle
γγ
Änderung eines WinkelsChanging an angle
μμ
Divergenzwinkel der StrahlenquelleDivergence angle of the radiation source

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013007932 [0005] DE 102013007932 [0005]

Claims (10)

Verfahren zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche (4), wobei zumindest ein Abschnitt (10) der Probenoberfläche (4) mit Strahlung (12) unter einem Einstrahlwinkel (α) beaufschlagt wird und reflektierte oder transmittierte Strahlung (26) aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte oder transmittierte Strahlung (26) zumindest teilweise aufgezeichnet und der Einstrahlwinkel (α) im Verlauf der Inspektion variiert wird, wobei eine Fokusebene der Aufzeichnung außerhalb der Probenoberfläche (4) eingestellt wird.Method for performing an optical inspection of a sample surface ( 4 ), whereby at least one section ( 10 ) of the sample surface ( 4 ) with radiation ( 12 ) is acted upon at an angle of incidence (α) and reflected or transmitted radiation ( 26 ), characterized in that the reflected or transmitted radiation ( 26 ) is at least partially recorded and the angle of incidence (α) is varied in the course of the inspection, wherein a focal plane of the recording outside the sample surface ( 4 ) is set. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Probenoberfläche (4) mit konvergenter oder divergenter oder paralleler Strahlung (12) beaufschlagt wird.The method of claim 1, wherein the sample surface ( 4 ) with convergent or divergent or parallel radiation ( 12 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die reflektierte oder transmittierte Strahlung (26) mit geringer Schärfentiefe aufgezeichnet wird.Method according to claim 1 or 2, wherein the reflected or transmitted radiation ( 26 ) is recorded with a shallow depth of field. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die Probenoberfläche (4) nicht aufgezeichnet wird.Method according to one of claims 1, 2 or 3, wherein the sample surface ( 4 ) is not recorded. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die reflektierte oder transmittierte Strahlung (26) mit variabler Fokusebene aufgezeichnet wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein the reflected or transmitted radiation ( 26 ) is recorded with variable focal plane. Vorrichtung 8 zur Durchführung des Verfahrens zur Durchführung einer optischen Inspektion einer Probenoberfläche (4) gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, mit zumindest einer Strahlungsquelle (14) zum Bestrahlen einer Probenoberfläche (4) unter einem Einstrahlwinkel (α) und mit einer Aufnahmevorrichtung (2) zum Aufnehmen einer reflektierten oder transmittierten Strahlung (26), wobei die reflektierte oder transmittierte Strahlung (26) zumindest bereichsweise aufzeichenbar und der Einstrahlwinkel (α) während der Inspektion variierbar ist, wobei die Aufnahmevorrichtung (2) eine Fokusebene außerhalb der Probenoberflächen (4) aufweist.contraption 8th for carrying out the method for carrying out an optical inspection of a sample surface ( 4 ) according to claims 1 to 5, with at least one radiation source ( 14 ) for irradiating a sample surface ( 4 ) at an angle of incidence (α) and with a receiving device ( 2 ) for receiving a reflected or transmitted radiation ( 26 ), wherein the reflected or transmitted radiation ( 26 ) can be recorded at least in regions and the angle of incidence (α) can be varied during the inspection, wherein the receiving device ( 2 ) a focal plane outside the sample surfaces ( 4 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Einstrahlwinkel (α) über zumindest eine örtlich bewegbare Strahlungsquelle (14) variiert wird.Apparatus according to claim 6, wherein the angle of incidence (α) via at least one locally movable radiation source ( 14 ) is varied. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Einstrahlwinkel (α) über mehrere örtlich versetzte Strahlungsquellen 14 variiert wird.Apparatus according to claim 6 or 7, wherein the angle of incidence (α) over a plurality of spatially offset radiation sources 14 is varied. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Aufnahmevorrichtung (2) eine variierbare Fokusebene aufweist.Device according to one of claims 6 to 8, wherein the receiving device ( 2 ) has a variable focal plane. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Aufnahmevorrichtung (2) die aufgezeichneten Daten an eine Auswertevorrichtung leitet.Device according to one of claims 6 to 9, wherein the receiving device ( 2 ) passes the recorded data to an evaluation device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013007932A1 (en) 2012-05-25 2013-11-28 Cornelius Hahlweg Scattered light measurement device for inspecting sample surface, has decoupling device and filter converting main beam emitted from sample surface into secondary beam for transmitting original image of illumination spot to camera sensor

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